Zugl.: Kassel, Univ., Diss., 2005

We study the spontaneous edge current of chiral superconductors with high chirality both in the absence and presence of Meissner screening. We compute the edge current from a self-consistent solution to a set of coupled equations: quasiclassical Eilenberger equation, superconducting gap equation, and Maxwell equation. We find that the spatial dependent chiral edge current is largely suppressed and has more nodes for higher chirality pairings. In the absence of Meissner screening, the integrated current at T=0 is zero for all higher chirality pairings; while it is substantial for chiral p-wave. This conclusion is consistent with previous studies. In contrast, at finite T, the integrated current is non-zero even for higher chiral pairings. It turns out that the spatial varying order parameter is crucial to understand this finite T behavior of the edge current. When Meissner screening is included, the magnitude of the edge currents is reduced for all chiral pairings; however, the reduction is much weaker in higher chirality cases. We conclude that the Meissner effect is not that important for higher chiral pairings. We also consider the effect of the rough surface on the edge current. The edge current of even chiral pairings is inverted by the strong surface roughness; however, that of the odd chiral pairings is not. The sub-dominant order parameters, induced by the surface, are the key to understanding this current inversion. / Thesis / Master of Science (MSc)

Le sujet principale de ma thèse est l'étude des supraconducteurs<br />mésoscopiques, quand la taille du système est comparable aux deux longueurs caractéristiques qui sont la longueur de cohérence et la longueur de pénétration de London. Les observations expérimentales dans ces systèmes ont montré un comportement inhabituel de l'aimantation: elle a des discontinuités quand le champ magnétique est varié. Nous avons démontré que ces discontinuités sont dues à<br />la pénétration du champs magnétique dans l'échantillon sous la forme de vortex et déterminé le nombre des vortex en utilisant la théorie de Ginzburg-Landau de la supraconductivité. Nous avons étudié des géométries différentes des échantillons, telle qu'un disque et un cylindre, et nous avons réussi à obtenir des résultats analytiques dans le régime dual entre types I et II de supraconducteurs aussi que dans le régime de London de<br />supraconductivité de type II extrême. Nous avons trouvé un bon accord entre nos calculs et les résultats expérimentaux, en particulier notre approche basé sur les équations nonlinéaires donne une dépendance correcte de la courbe d'aimantation en fonction de la taille du système. En plus, nous avons étudié les<br />configurations des vortex dans le régime de London et démontré l'existence de nombres topologiques qui permettent la classification des solutions des équations de Ginzburg-Landau en fonction de paramètres externes, comme le flux total du<br />champ magnétique. Ces nombres topologiques ne sont pas spécifiques du régime de London et peuvent être utiles dans un autre régime. La dynamique des vortex peut aussi être étudiée dans cette approche et nous avons décrit l'entrée des vortex dans l'échantillon en démontrant l'importance des états métastables qui sont à la base de l'effet Meissner paramagnetique, observé dans les expériences.<br /><br />Les autres sujets abordé pendant ma thèse sont l'étude des excitations d'un système mésoscopique en interactions, la théorie de matrices aléatoires et le modèle de Calogero-Sutherland. Pour ce dernier nous avons réussi à calculer analytiquement les fonctions de corrélation pour toutes les valeurs rationnelles de la constante de couplage, en utilisant la méthode des répliques.

Dans ce travail, nous aborderons la problématique du dépiégeage et de la dynamique des vortex (élastiques ou plastiques) en présence de centres d’ancrage (0D ou 1D). Les résultats, discutés ici, ont été obtenus par des mesures de magnétotransport . L’effet des interactions vortex-vortex sur la dynamique au voisinage du seuil de dépiégeage a été étudié pour des microponts monocristallins de Bi-2212 bruts de tirage (défauts ponctuels) ou irradiés aux ions lourds de haute énergie parallèlement à l’axe cristallographique (défauts colonnaires ou DC). Les mesures ont été effectuées à basse température (5 K) et au voisinage de en fonction du champ magnétique .A 5 K, nos résultats mettent en évidence un effet de pic à ainsi qu’un phénomène d’hystérésis dans la dépendance en de attribués à un changement de mécanisme de dépiégeage et de dynamique. La dépendance en des courbes a également permis la mise en évidence d’un ou plusieurs pics dans la dépendance en B de la résistance dynamique . De plus, la loi de type a pu être vérifiée. L’exposant critique obtenu varie suivant que est inférieur ou supérieur à ; et ce, que les microponts soient ou non irradiés. Les différentes valeurs de sont expliquées par les différents types de désancrage mis en jeu.Au voisinage de , nos résultats montrent un dépiégeage successif des vortex (vortex interstitiels puis vortex localisés sur les DC). Les courbes obéissent à une loi de type . Les différentes valeurs de obtenues sont discutées en fonction de la dimensionnalité des vortex (2D ou 3D). Finalement, l’effet de l’application d’une composante perpendiculaire sur la délocalisation des vortex a été étudié à basse et à haute température. Nos résultats montrent clairement l’existence de un ou plusieurs angles critiques de délocalisation. / In this work, we deal with depinning and dynamics of vortices (plastic or elastic) with or without pinning centers (0D or 1D). Results were obtained using measurements.Effects of votex-vortex interactions in the vicinity of have been studied for single crystal microbridge of Bi-2212 unirradiated and irradiated with heavy ions parallel to the cristallographic axis (columnar defects or CD). measuremants have been made at low temperature (5 K) and in the vicinity of at different magnetic field .At 5 K, our results show a peak effect at and a hystheresis phenomena for the dependence of which have been attributed to a change in the depinning mechanism and dynamics. The dependence of curves also reveals the presence of one ore more peaks in the dependence of the dynamical resistance . More, the typical law has been verified. The obtained critical exponent varies for lower or higher than for both irradiated and unirradiated samples. The different values are explained by the different depinning mechanisms.In the vicinity of , our results show a two steps depinning mechanism (interstitial vortex and, after, ones which are lodalized on CD). curves obey almost the same law as at low temperature : . The different obtained values are discussed in the framework of the vortex dimensionality (2D or 3D).Finally, the effect of the application of a perpendicular magnetic field component on the vortex delocalization has been studied at both low and high temperature. Our results clearly show the existence of one or more critical angle for the delocalization process.

Une première partie de ce travail de thèse consiste au développement d'une nouvelle synthèse chimique de nanocristaux supraconducteurs de plomb ayant la particularité de produire de grandes quantités de nanocristaux monodisperses. Cette synthèse nous permet de réaliser des mesures précises des propriétés thermodynamiques supraconductrices en fonction de la taille des nanocristaux. Nous présentons des mesures de susceptibilité magnétique de ces nanocristaux afin d'analyser l'amplitude de l'effet Meissner en fonction de la taille des particules. Pour des tailles de nanoparticules de plomb comprises entre 10 et 30 nm, nous avons trouvé que l'amplitude de l'effet Meissner est plus faible de plusieurs ordres de grandeurs que prédite par la théorie de Ginzburg-Landau. Nous avons aussi trouvé que cet effet est totalement supprimé pour des particules de diamètres inférieurs à 16 nm lorsque le spectre électronique devient discret. Ce résultat montre que les effets du confinement quantique altèrent l'état superfluide même pour des tailles supérieures à la taille déterminée par le critère d'Anderson. Ce critère contrôle l'existence des paires de Cooper dans le nanocristal. Dans une seconde partie de cette thèse, nous présentons une étude du transport électronique dans des réseaux de nanocristaux d'or réalisés par la technique de Langmuir. Nous présentons l'évolution des propriétés de conduction électrique et optique de ces réseaux avec le couplage des nanocristaux par des molécules alcanedithiols. Nous montrons que la conductivité du réseau augmente fortement pour de petites chaînes alcanes sans pour autant conduire à un état métallique. Aux basses températures de l'Hélium liquide, les caractéristiques courant-tension mesurées sur ces réseaux montrent un comportement non-linéaire et exhibent une tension seuil VT pour l'établissement d'un courant électronique dans le réseau. Nous analysons ce comportement caractéristique du transport dans un réseau avec blocage de Coulomb avec le modèle de Middleton et Wingreen, lequel identifie le passage du régime isolant au régime conducteur à une transition du second ordre. Au voisinage du point critique VT, on observe que la loi reliant le courant à la tension appliquée suit la relation attendue théoriquement. La valeur de l'exposant trouvé suggère que le transport est dominé par des mécanismes de co-tunneling.

Zugl.: Hildesheim, Univ., Diss., 2006

Des monocristaux de YBa2Cu3O7 ont été préparés par une méhode de flux en creuset d'or. Une analyse des spirales de croissance et des domaines ferroélastiques révélés par une étude en microscopie optique en lumière polarisée et en microscopie électronique a balayage sur la face principale (001) à été effectuée. Un ensemble de caractérisations physico-chimiques (diffraction X, EPMA, détermination de la température critique par mesures électriques, spectroscopie micro-Raman, mesures des susceptibilités alternatives en champ faible) réalisé sur des cristaux bruts de croissance et recuits sous oxygène à permis de relier l'évolution des propriétés supraconductrices à la non stoechiométrie en oxygène. Enfin le phénomène de dégradation atmosphérique de YBa2Cu3O7 à été confirmé par une étude sur monocristal, à l'aide des techniques spectroscopiques (micro-Raman, Auger, XPS)

Les cristaux de phases supraconductrices de formulation générale, TlmBa2Can-1CunO2n+m+2 (avec m=1, 2 et n=1, 2, 3) ont été préparés par une technique de croissance en flux. Chaque phase a été caractérisée par diffraction X (Weissenberg, Buerger, cristal tournant) et par micro-spectroscopie Raman. L'analyse par microsonde électronique a révélé des déficits cationiques par rapport a la formulation idéale. Une étude par HREM a montré dans la plupart des cristaux l'absence d'intercroissance à l'échelle atomique. La température critique a été mise en évidence par mesures électriques, mesures sous champ magnétique continu et susceptibilite alternative. Le comportement magnétique révèle une très forte anisotropie entre les propriétés supraconductrices dans la direction de l'axe c et dans le plan (a, b) (Hc1(c)/Hc1(a,b)=1000 pour la phase 2212). Les courbes d'effet Meissner et d'effet d'écran révèle que l'aimantation est réversible près de Tc et irréversible a plus basse température. La ligne d'irréversibilite (H*, T*) a été caractérisée pour la phase 2212.